Seit Anbeginn der Sesshaftwerdung greifen Menschen durch Selektion und Kreuzung in das Erbgut von Pflanzen ein. So wurden Wildpflanzen zu unseren heutigen Kulturpflanzen domestiziert und tragen seit jeher zur Ernährung bei. Das Wissen über Pflanzengenetik hat besonders in den vergangenen Jahrzehnten rasant zugenommen und damit erheblich zur Sicherung der Nahrungsmittelproduktion beigetragen.  

Speziell seit der Mitte des 19. Jahrhunderts, als Gregor Mendel begann, Vererbungsleere anhand von Erbsen zu erforschen und seine Erkenntnisse später aufgegriffen und für weitere Forschung genutzt wurden, hat sich die Pflanzenzüchtung rasant entwickelt – bis schließlich mit der Entschlüsselung der DNA einzelne Gene identifiziert werden konnten, die für bestimmte Eigenschaften der Pflanzen verantwortlich sind. 

Bald wurden sogenannte Markeranalysen entwickelt (MAS – Marker assisted selection, Marker gestützte Selektion), also genetische Fingerabdrücke, mit denen die Züchtung weiter beschleunigt und verbessert werden konnte. Durch die Nutzung von MAS müssen sich Züchtende nicht mehr auf phänotypische Eigenschaften verlassen, also Eigenschaften, die man durch Tests und Beobachtungen bewertet. Stattdessen können sie bereits in einem frühen Entwicklungsstadium der Pflanze durch DNA-Analysen prüfen, ob die gewünschten Eigenschaften eingekreuzt wurden. 

Diese Methoden werden als SMART-Breeding bezeichnet. Dabei steht SMART in diesem Fall nicht für das englische Wort “klug”, sondern für Selection with Markers and Advanced Reproductive Technologies (Selektion mit Markern und fortgeschrittenen Reproduktionstechnologien). Zum SMART-Breeding zählen heute auch neue Züchtungstechnologien wie die Genschere CRISPR/Cas sowie die Nutzung Künstlicher Intelligenz zur Entschlüsselung der pflanzlichen DNA und Identifikation relevanter Gene. 

Bei der Kombinationszüchtung werden Pflanzen gleicher Art, aber verschiedener Linien – also mit unterschiedlichem genetischem Material – miteinander gekreuzt. Die besten Pflanzen werden selektiert und zurück gekreuzt. Der Züchtungsprozess bis zu einer marktreifen Sorte dauert, abhängig von der Kultur, etwa 10 bis 15, in Einzelfällen sogar bis zu 30 Jahre. Bei der Kombinationszüchtung macht man sich unter anderem Methoden des sogenannten SMART-Breeding zunutze.  

Durch verschiedene Stressoren wie radioaktive Strahlung oder chemische Substanzen werden Veränderungen in der Pflanze, sogenannte Mutationen, erzeugt. Ziel ist es, neue Eigenschaften bei Pflanzen hervorzubringen. Wird bei den behandelten Pflanzen eine neue, interessante Besonderheit identifiziert, beispielsweise ein kurzer Stiel oder bessere Hitzetoleranz, wird diese Eigenschaft durch Selektion und meist langwierige Rückkreuzung in bestehende Kultursorten eingebracht. 

Bei der klassischen Gentechnik wird eine Erbinformation, die beispielsweise eine Resistenz gegen einen Schadorganismus bewirkt, gezielt von einem anderen Organismus in die Zielpflanze übertragen. Der Spenderorganismus kann dabei eine resistente Sorte der gleichen Art oder auch artfremd sein. Beispielsweise kann auf das Genmaterial anderer Pflanzenarten, Pilze oder Bakterien zurückgegriffen werden.  

Bei der Insertion (Einbringung) von artfremdem Material spricht man auch von Transgenese. Ein bekanntes Beispiel dieser Technik stellt die Entwicklung des Goldenen Reises (Golden Rice) dar. Dabei wurden Gene für die Produktion der Vitamin A-Vorstufe Betacarotin ins Reisgenom eingebracht, um einem Vitamin A-Mangel – und somit dem Risiko frühzeitiger Erblindung bei Menschen – in Ländern mit Reis als „Grundnahrungsmittel“ vorzubeugen. 

Mit neuen biotechnologischen Verfahren, dem Genome Editing (Genom-Bearbeitung), wird das Erbgut einer Pflanze gezielt verändert, ohne dafür Fremd-DNA einzubringen. Dabei wird die DNA des Zielorganismus mit einem Enzym, zum Beispiel der Genschere CRISPR/Cas, an einer definierten Stelle aufgeschnitten und die zelleigenen Reparaturmechanismen schließen den Schnitt wieder. Bei der Reparatur kommt es aber häufig zu Veränderungen, die bei der Pflanze zur Ausprägung neuer Eigenschaften führen können. Diese “Veränderungen”, sogenannte Mutationen, machen sich die Züchtenden zu Nutze, da dadurch neue Pflanzeneigenschaften entstehen können.  

Neben CRISPR/Cas werden auch Methoden wie Prime Editing, TALEN, Zinkfinger und oligonukleotid gerichtete Mutagenese (ODM) angewendet. Zusammen werden sie umgangssprachlich auch als “Neue Züchtungstechnologien” (NZT) oder New Genomic Techniques (NGT) bezeichnet.  

Genome Editing-Methoden sind besonders schnell, präzise, kostengünstig und sicher. Für die Nutzung ihrer Potenziale und die breite Verfügbarkeit von innovativem Saatgut für landwirtschaftliche Betriebe wird allerdings dringend ein neuer, wissenschaftlich fundierter und innovationsfreundlicher Zulassungsrahmen benötigt.